專利名稱：一種led芯片的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種LED芯片，尤其是涉及一種倒裝結構的LED芯片。
背景技術：
在藍寶石襯底上制作的藍、綠或紫光LED芯片的發光面為外延材料的生長表面，即P型表面。在LED的封裝過程中，都把藍寶石襯底面直接固定在散熱板上。在LED的工作過程中，其發光區是器件發熱的根源。由于藍寶石襯底本身是一種絕緣體材料，且導熱性能和GaN材料比較差，所以對這種正裝的LED器件其工作電流都有一定的限制，以確保LED的發光效率和工作壽命。為改善器件的散熱性能，人們設計了一種LED芯片結構，即倒裝結構的LED芯片。自從提出芯片的倒裝設計之后，人們針對其可行性進行了大量的研究和探索。由于LED芯片設計的局限性，封裝良率一直很低，原因如下第一、N型電極區域相對小，很難與PCB板的相應區域對位；第二、N型電極位置比P型電極位置高很多，很容易造成虛焊、脫焊情形；第三、為制作N型電極，往往要人為地去掉很大一部分有源區，這樣大大地減少了器件的發光面積，直接影響了 LED發光效率。如圖I所示，利用MOCVD、VPE、MBE或LPE技術在襯底30上生長器件(如LED、LD等)結構，從上至下依次分別為襯底30、N型材料層31、發光區32、P型材料層33、P型電極34、P級焊錫層35、PCB板36以及散熱板40。其中N型材料層31與散熱板40之間還依次連接N型電極37、N級焊錫層38和PCB板39。該傳統的LED芯片存在的技術缺陷如下
I、在水平方向N型電極37所處位置與P型電極34相距較遠，N型電極37對其下方的PCB板27的位置設計有苛刻的要求，影響到封裝優良率。2、N型電極37位置比P型電極34位置高很多，導致其與下方的PCB板39之間的間隙較大，在焊錫時很容易使得N級焊錫層38過長而造成虛焊或脫焊的發生。3、為了使得N型電極37與其下方的PCB板39可以進行焊接，需要去掉很大一部分發光區，影響到LED芯片的發光效率。
發明內容
本發明設計了一種LED芯片，其解決了以下技術問題是
(I) N型電極區域相對小，很難與PCB板的相應區域對位，會影響到封裝效果和LED產品的優良率；
(2 ) N型電極位置比P型電極位置高很多，很容易造成虛焊、脫焊情形；
(3)為制作N型電極，往往要人為地去掉很大一部分有源區，這樣大大地減少了器件的發光面積，直接影響了 LED發光效率。為了解決上述存在的技術問題，本發明采用了以下方案
一種LED芯片，包括P型電極區(17 )和N型電極區(18 )，所述P型電極區(17 )從下至上依次包括襯底(I)、緩沖層(2)、N型層(3)、N型分別限制層(4)、發光區層(5)、P型分別限制層(6)、P型層(7)、P型歐姆接觸層(8)、光反射層(9)以及絕緣介質膜(13)，所述N型電極區(18)從下至上依次包括襯底(I)、緩沖層(2)、N型層(3)以及絕緣介質膜(13)，P型電極(21)下端穿過所述絕緣介質膜(13)與光反射層(9)連接，P型電極(21)上端與第一PCB板(24)連接，所述襯底(I)由上凹孔結構(26)和下凹孔結構(27)組合而成。所述N型電極(22)為階梯結構；所述N型電極(22)的下端穿過所述絕緣介質膜(13)與所述N型層(3)連接；所述N型電極(22)的中間部分貼在垂直部分的絕緣介質膜(13)上；所述N型電極(22)的上端位于最上方絕緣介質膜(13)之上并且向P型電極(21)的位置延伸，所述N型電極(22)的上端與第二 PCB板(23)連接，所述N型電極(22)的上端與P型電極(21)存在相同高度的或近似高度的共同錫焊面。進一步，所述上凹孔結構(26)的各個凹孔直徑大于都所述下凹孔結構(27)各個凹孔的直徑。進一步，所述P型電極(21)上端通過焊錫與第一 PCB板(24)進行固定。進一步，所述P型電極(21)通過所述第一 PCB板(24)與散熱板(25)進行固定連接。進一步，所述P型電極(21)上端通過焊錫與第二 PCB板(23)進行固定。進一步，所述N型電極(22)通過所述第二 PCB板(23)與散熱板(25)進行固定連接。進一步，所述絕緣介質膜(13)的厚度在150nm-450nm之間。進一步，所述襯底(I)的材質為藍寶石、碳化硅或GaN。該LED芯片的制作方法，LED芯片從下至上依次為襯底(I)、緩沖層(2)、N型層(3)、N型分別限制層(4)、發光區層(5)、P型分別限制層(6)、P型層(7)以及P型歐姆接觸層(8)，
包括以下制作步驟
步驟01、在P型歐姆接觸層(8)表面形成光反射層(9)；
步驟02、形成N型電極形成區(12);
步驟03、形成絕緣介質膜(13);
步驟04、形成P型電極區(17)和N型電極區(18)；
步驟05、制作形成P型電極(21)和N型電極(22)，其中N型電極(22)為階梯結構，N型電極(22)的下端穿過所述絕緣介質膜(13)與所述N型層(3)連接，N型電極(22)的上端向P型電極(21)的位置延伸，并且上端的N型電極(22)與P型電極(21)存在相同高度的或近似高度的共同錫焊面；
步驟06、P型電極(21)和N型電極(22 )通過錫焊的方式固定在各自的PCB板上；步驟07、對LED芯片進行封裝。進一步，所述步驟01中光反射層(9)通過蒸鍍或濺射方式附著在P型歐姆接觸層(8)上。進一步，所述步驟02中包括以下具體分步驟
步驟021、在光反射層(9 )表面涂敷第一光刻膠層(10 );
步驟022、LED芯片一側的第一光刻膠層(10)通過曝光或顯影方式去除；步驟023、利用干刻或化學腐蝕的方法，將暴露部分的N型分別限制層(4)、發光區層
(5)、P型分別限制層(6)、P型層(7)、P型歐姆接觸層(8)、光反射層(9)以及部分的N型層(3)去除并且形成N型電極形成區(12)，使得整個LED芯片形成階梯結構； 步驟024、將LED芯片另一側剩余的第一光刻膠層(10)全部去除。進一步，所述步驟03中的絕緣介質膜(13)通過鍍膜的方式均勻地覆蓋在階梯結構的LED芯片上表面。進一步，所述步驟04中包括以下具體分步驟
步驟041、在絕緣介質膜(13)表面涂敷第二光刻膠層(14);
步驟042、通過曝光或顯影方法，在階梯結構的LED芯片上下兩端部分去除第二光刻膠層(14)，并且形成兩個絕緣介質膜暴露區(15)；
步驟043、通過干刻或化學腐蝕方法，將兩個絕緣介質膜暴露區(15)覆蓋的絕緣介質膜(13)去除，形成兩個去除絕緣介質膜暴露區(16);
步驟044、去除絕緣介質膜(13)上的所有剩余第二光刻膠層(14)后，在LED芯片的階梯上下兩端分別形成P型電極區(17)和N型電極區(18)。進一步，所述步驟05中包括以下具體分步驟
步驟051、將步驟04得到階梯結構的LED芯片表面涂敷第三光刻膠層(19);
步驟052、去除P型電極區(17)和N型電極區(18)上方的第三光刻膠層(19)以及去除P型電極區(17)和N型電極區(18)之間部分的第三光刻膠層(19)，保留的部分第三光刻膠層(19)用于將來P型電極和N型電極之間形成隔離；
步驟053、將步驟052得到階梯結構的LED芯片表面制作一金屬合金層(20)；
步驟054、去除步驟052中保留的部分第三光刻膠層(19)及其上方的金屬合金層(20)，最終形成P型電極(21)和N型電極(22)。進一步，所述步驟07中P型電極(21)和N型電極(22)通過各自的PCB板與散熱板(25)進行固定連接。進一步，所述第一光刻膠層(10)、第二光刻膠層(14)以及第三光刻膠層(19)的涂布速度在2500-5000轉/分，并對涂布溫度控制90攝氏度-100攝氏度之間，在烘箱里或鐵板表面烘烤，烘烤時間分別為30分鐘和2分鐘。進一步，所述絕緣介質膜(13)的厚度在150nm-450nm之間。進一步，所述襯底(I)的材質為藍寶石、碳化硅或GaN。該LED芯片與傳統的LED芯片相比，具有以下有益效果
(I)本發明由于把LED芯片的N型電極與N型電極設置相同高度的或近似高度的共同錫焊面，使得在錫焊時，兩個電極焊錫厚度相同并且可以減少N型電極的焊錫厚度，因而增加了 LED芯片倒裝工藝的封裝良率，避免了電極虛焊或脫焊的情形發生。(2)本發明由于將襯底由上凹孔結構和下凹孔結構組合而成，使得部分全反射光線以散射的形式射出，或者通過多次折射進入臨界角射出，從而實現出光效率的提高。(3)本發明由于P型電極的N型電極為階梯結構，無需去掉很大一部分發光區，因而減少制作N型歐姆接觸的面積，增加發光區面積，以提高LED的發光效率。(4)本發明由于P型電極的N型電極為階梯結構，與N型電極連接的PCB板位置可以自由進行調整，提聞了 LED芯片封裝結構的優良率。
圖01是傳統LED芯片的結構示意圖02是本發明中倒裝LED裸芯片結構示意圖03是本發明中倒裝LED裸芯片設置光反射層結構示意圖04是本發明LED芯片制作步驟I ;圖05是本發明LED芯片制作步驟2 ；圖06是本發明LED芯片制作步驟3 ；圖07是本發明LED芯片制作步驟4 ；圖08是本發明LED芯片制作步驟5 ；圖09是本發明LED芯片制作步驟6 ；圖10是本發明LED芯片制作步驟7 ；圖11是本發明LED芯片制作步驟8 ；圖12是本發明LED芯片制作步驟9 ；圖13是本發明LED芯片制作步驟10 ；圖14是本發明LED芯片制作步驟11 ;圖15是本發明LED芯片制作步驟12 ；圖16是本發明LED芯片制作步驟13 ；圖17是本發明LED芯片制作步驟14 ；圖18是本發明LED芯片的結構示意圖。
附圖標記說明
I一襯底；2—緩沖層；3 —N型層；4一N型分別限制層；5—發光區層；6 —P型分別限制層；7 — P型層；8 — P型歐姆接觸層；9一光反射層；10—第一光刻膠層；11 一N型電極形成開口 ； 12—N型電極形成區；13—絕緣介質膜；14一第二光刻膠層；15—絕緣介質膜暴露區；16—去除絕緣介質膜暴露區；17—P型電極區；18—N型電極區；19一第三光刻膠層；20—金屬合金層；21—P型電極；22—N型電極；23—第二 PCB板；24—第一 PCB板；25—散熱板；26—上凹孔結構；27—下凹孔結構；
30—襯底；31—N型材料層；32—發光區；33 — P型材料層；34 — P型電極；35 — P級焊錫層；36 —PCB板；37 —N型電極；38 —N級焊錫層；39 —PCB板；40—散熱板。
具體實施例方式下面結合圖2至圖17，對本發明做進一步說明
如圖2所示，襯底I是載體，一般是藍寶石、碳化硅或GaN等材料。緩沖層2是一個過度層，在此基礎上生長高質量的N，P,量子阱等其它材料。LED由pn結構成，緩沖層2、N型層3層、N型分別限制層4，P型分別限制層6以及P型層7是為了形成制作LED所需的P和N型材料。發光區層5是LED的發光區，光的顏色由有源區的結構決定。P型歐姆接觸層8是材料生長的最后一層，這一層的載流子攙雜濃度較高，目的是為制作較小的歐姆接觸電阻。P型金屬歐姆接觸層不是由生長形成的，而是通過蒸鍍或濺射等方法形成的，目的之一是制作器件的電極，目的之二是為了封裝打線用。
如圖3所示，通過蒸鍍、濺射或其它薄膜制作方法，在P型歐姆接觸層8表面形成一層或多層薄膜(如ΙΤ0、銀鏡、鎳金、合金或半金屬等),用于制作發光二極管的光反射層9。如圖4所示，在圖3結構的表面涂布第一光刻膠層10 (正膠或負膠)，涂布速度在2500-5000轉/分，并對涂布溫度控制90攝氏度-100攝氏度之間，在烘箱里或鐵板表面烘烤，烘烤時間分別為30分鐘和2分鐘。如圖5所示，LED芯片一側的第一光刻膠層10通過曝光或顯影方式去除，用于形成N型電極形成區12。如圖6所示，利用干刻或化學腐蝕的方法，將暴露部分的N型分別限制層4、發光區層5、P型分別限制層6、P型層7、P型歐姆接觸層8、光反射層9以及部分的N型層3去除并且形成N型電極形成區12，使得整個LED芯片形成階梯結構。如圖7所示，將LED芯片另一側剩余的第一光刻膠層10全部去除。如圖8所示，利用PECVD或其它鍍膜技術，在圖7所示的結構表面制備一層絕緣介質膜13，厚度在100nm-500nm之間。絕緣介質膜13通過鍍膜的方式均勻地覆蓋在階梯結構的LED芯片上表面。如圖9所示，在絕緣介質膜13表面涂敷第二光刻膠層14。涂布速度在2500-5000轉/分，并對涂布溫度控制90攝氏度-100攝氏度之間，在烘箱里或鐵板表面烘烤，烘烤時間分別為30分鐘和2分鐘。如圖10所示，通過曝光或顯影方法，在階梯結構的LED芯片上、下兩端部分去除第二光刻膠層14，并且形成兩個絕緣介質膜暴露區15，用于制作P型電極區17和N型電極區18。如圖11所示，通過干刻或化學腐蝕方法，將兩個絕緣介質膜暴露區15覆蓋的絕緣介質膜13去除，形成兩個去除絕緣介質膜暴露區16。如圖12所示，去除絕緣介質膜13上的所有剩余第二光刻膠層14后，在LED芯片的階梯上下兩端分別形成P型電極區17和N型電極區18。如圖13所示，將圖12中得到階梯結構的LED芯片表面涂敷第三光刻膠層19。如圖14所示，去除P型電極區17和N型電極區18上方的第三光刻膠層19以及去除P型電極區17和N型電極區18之間部分的第三光刻膠層19，保留的部分第三光刻膠層19用于將來P型電極和N型電極之間形成隔離。如圖15所示，將圖14中得到階梯結構的LED芯片表面制作一金屬合金層20 ；如圖16所示，去除圖14中保留的部分第三光刻膠層19及其上方的金屬合金層20，最
終形成P型電極21和N型電極22。圖17所示，一種LED芯片，包括P型電極區17和N型電極區18，P型電極區17從下至上依次包括襯底I、緩沖層2、N型層3、N型分別限制層4、發光區層5、P型分別限制層
6、P型層7、P型歐姆接觸層8、光反射層9以及絕緣介質膜13，N型電極區18從下至上依次包括襯底I、緩沖層2、N型層3以及絕緣介質膜13，P型電極21下端穿過所述絕緣介質膜13與光反射層9連接，P型電極21上端與第一 PCB板24連接，N型電極22為階梯結構；N型電極22的下端穿過絕緣介質膜13與N型層3連接；N型電極22的中間部分貼在垂直部分的絕緣介質膜13上；N型電極22的上端位于最上方絕緣介質膜13之上并且向P型電極21的位置延伸，N型電極22的上端與第二 PCB板23連接，N型電極22的上端與P型電極21存在相同高度的或近似高度的共同錫焊面。P型電極21上端通過焊錫與第一 PCB板24進行固定。P型電極21通過所述第一PCB板24與散熱板25進行固定連接。P型電極21上端通過焊錫與第二 PCB板23進行固定。N型電極22通過第二 PCB板23與散熱板25進行固定連接。絕緣介質膜13的厚度在150nm-450nm之間。襯底I的材質為藍寶石、碳化硅或
GaN0上面結合附圖對本發明進行了示例性的描述，顯然本發明的實現并不受上述方式的限制，只要采用了本發明的方法構思和技術方案進行的各種改進，或未經改進將本發明的構思和技術方案直接應用于其它場合的，均在本發明的保護范圍內。
權利要求
1.一種LED芯片，包括P型電極區(17)和N型電極區(18)，所述P型電極區(17)從下至上依次包括襯底(I)、緩沖層(2)、N型層(3)、N型分別限制層(4)、發光區層(5)、P型分別限制層(6)、P型層(7)、P型歐姆接觸層(8)、光反射層(9)以及絕緣介質膜(13)，所述N型電極區(18)從下至上依次包括襯底(I)、緩沖層(2)、N型層(3)以及絕緣介質膜(13)，P型電極(21)下端穿過所述絕緣介質膜(13)與光反射層(9)連接，P型電極(21)上端與第一PCB板(24)連接，所述襯底(I)由上凹孔結構(26)和下凹孔結構(27)組合而成，其特征在于所述N型電極(22)為階梯結構；所述N型電極(22)的下端穿過所述絕緣介質膜(13)與所述N型層(3)連接；所述N型電極(22)的中間部分貼在垂直部分的絕緣介質膜(13)上；所述N型電極(22 )的上端位于最上方絕緣介質膜(13 )之上并且向P型電極(21)的位置延伸，所述N型電極(22)的上端與第二 PCB板(23)連接，所述N型電極(22)的上端與P型電極(21)存在相同高度的或近似高度的共同錫焊面。
2.根據權利要求I所述LED芯片，其特征在于所述上凹孔結構(26)的各個凹孔直徑大于都所述下凹孔結構(27)各個凹孔的直徑。
3.根據權利要求2所述LED芯片，其特征在于所述P型電極(21)上端通過焊錫與第一PCB板(24)進行固定。
4.根據權利要求3所述LED芯片，其特征在于所述P型電極(21)通過所述第一PCB板(24)與散熱板(25)進行固定連接。
5.根據權利要求2所述LED芯片，其特征在于所述P型電極(21)上端通過焊錫與第二PCB板(23)進行固定。
6.根據權利要求4或5所述LED芯片，其特征在于所述N型電極(22)通過所述第二PCB板(23 )與散熱板(25 )進行固定連接。
7.根據權利要求1-6中任何一項所述LED芯片，其特征在于所述絕緣介質膜(13)的厚度在150nm-450nm之間。
8.根據權利要求7所述LED芯片，其特征在于所述襯底(I)的材質為藍寶石、碳化硅或 GaN。
全文摘要
本發明涉及一種LED芯片，所述N型電極(22)為階梯結構；所述N型電極(22)的下端穿過所述絕緣介質膜(13)與所述N型層(3)連接；所述N型電極(22)的中間部分貼在垂直部分的絕緣介質膜(13)上；所述N型電極(22)的上端位于最上方絕緣介質膜(13)之上并且向P型電極(21)的位置延伸，所述N型電極(22)的上端與第二PCB板(23)連接，所述N型電極(22)的上端與P型電極(21)存在相同高度的或近似高度的共同錫焊面。本發明由于把LED芯片的N型電極與N型電極設置相同高度的或近似高度的共同錫焊面，因而增加了LED芯片倒裝工藝的封裝良率，避免了電極虛焊或脫焊的情形發生。
文檔編號H01L33/36GK102931324SQ20121046942
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月20日 優先權日2011年11月25日
發明者俞國宏 申請人:俞國宏